Gli astronomi sono riusciti per la prima volta a quantificare i componenti di protoni ed elettroni dei raggi cosmici in un residuo di supernova. Almeno il 70% dei raggi gamma ad altissima energia emessi dai raggi cosmici sono dovuti a protoni relativistici, secondo la nuova analisi di imaging di radiazioni radio, raggi X e raggi gamma. Il sito di accelerazione dei protoni, i principali componenti dei raggi cosmici, è stato un mistero lungo 100 anni nell’astrofisica moderna, questa è la prima volta che la quantità di raggi cosmici prodotti in un residuo di supernova è stata mostrata quantitativamente ed è un’epoca. facendo un passo avanti nella delucidazione dell’origine dei raggi cosmici.
L’origine dei raggi cosmici, le particelle con la più alta energia nell’universo, è stata un grande mistero sin dalla loro scoperta nel 1912. Poiché i raggi cosmici promuovono l’evoluzione chimica della materia interstellare, comprendere la loro origine è fondamentale per comprendere l’evoluzione della nostra Galassia. Si pensa che i raggi cosmici siano accelerati dai resti di supernova (i postumi delle esplosioni di supernova) nella nostra Galassia e abbiano viaggiato verso la Terra quasi alla velocità della luce. I recenti progressi nelle osservazioni dei raggi gamma hanno rivelato che molti resti di supernova emettono raggi gamma a energie teraelettronvolt (TeV). Se i raggi gamma sono prodotti da protoni, che sono il componente principale dei raggi cosmici, è possibile verificare l’origine dei raggi cosmici dai resti di supernova. Tuttavia, i raggi gamma sono prodotti anche da elettroni, è necessario determinare se l’origine del protone o dell’elettrone è dominante e misurare il rapporto dei due contributi.
I risultati di questo studio fornisce prove convincenti dei raggi gamma originati dalla componente protonica, che è la componente principale dei raggi cosmici, e chiarisce che i raggi cosmici galattici sono prodotti dai resti di supernova.
L’originalità di questa ricerca è che la radiazione gamma, è rappresentata da una combinazione lineare di componenti di protoni ed elettroni. Gli astronomi conoscevano una relazione secondo la quale l’intensità dei raggi gamma dai protoni è proporzionale alla densità del gas interstellare ottenuta dalle osservazioni di immagini di linee radio. D’altra parte, ci si aspetta che anche i raggi gamma degli elettroni siano proporzionali all’intensità dei raggi X degli elettroni. Pertanto, hanno espresso l’intensità totale dei raggi gamma come la somma di due componenti di raggi gamma, uno dall’origine del protone e l’altro dall’origine dell’elettrone. Ciò ha portato a una comprensione unificata di tre osservabili indipendenti.
Questo metodo è stato proposto per la prima volta in questo studio. Di conseguenza, è stato dimostrato che i raggi gamma di protoni ed elettroni rappresentano rispettivamente il 70% e il 30% dei raggi gamma totali. Questa è la prima volta che le due origini sono state quantificate. I risultati dimostrano anche che i raggi gamma dei protoni sono dominati nelle regioni interstellari ricche di gas, mentre i raggi gamma degli elettroni sono potenziati nelle regioni povere di gas. Ciò conferma che i due meccanismi lavorano insieme e supportano le previsioni di precedenti studi teorici.
“Questo nuovo metodo non avrebbe potuto essere realizzato senza collaborazioni internazionali”, afferma il professore emerito Yasuo Fukui dell’Università di Nagoya. Ha guidato questo progetto e ha quantificato accuratamente la distribuzione della densità del gas interstellare utilizzando il radiotelescopio NANTEN e l’Australia Telescope Compact Array dal 2003. Sebbene la risoluzione dei raggi gamma fosse insufficiente per eseguire un’analisi completa in quel momento, il professor Gavin Rowell e la dott.ssa Sabrina Einecke di l’Università di Adelaide e il team HESS hanno notevolmente migliorato la risoluzione spaziale e la sensibilità dei raggi gamma nel corso degli anni, rendendo possibile confrontarli con precisione con il gas interstellare. Il Dr. Hidetoshi Sano dell’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone ha condotto l’analisi di imaging a raggi X dei set di dati d’archivio dal satellite europeo a raggi X XMM-Newton. Il Dott. Einecke e prof. Rowell hanno lavorato a stretto contatto con il Prof. Fukui e il Dr. Sano per realizzare studi dettagliati che esaminassero le correlazioni tra i raggi gamma, i raggi X e le emissioni radio. “Questo nuovo metodo sarà applicato a più resti di supernova utilizzando il telescopio a raggi gamma di prossima generazione CTA (Cherenkov Telescope Array) oltre agli osservatori esistenti, che farà avanzare notevolmente lo studio dell’origine dei raggi cosmici”.
